DE1911670C - Process for purifying gases - Google Patents
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Description
a5 oder, wenn sie in die Atmosphäre abgeleitet werden,a5 or, if discharged into the atmosphere,
eine starke Luftverunreinigung verursachen, die fürcause a high level of air pollution for
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur selektiven Tiere und/oder Pflanzen abträglich ist.
Adsorption von sauren Verbindungen aus Gasen, die In einem gewissen Maße sind diese Probleme gelöst
diese Verbindungen enthalten, unter Verwendung eines worden, indem Adsorptionsmittelschichten aus zeoals
Adsorptionsmittel dienenden zeolithischen Mole- 30 lithischen Molekularsieben zur Adsorption und Isokularsiebes,
das durch Adsorption einer verhältnis- lierung der unerwünschten Bestandteile verwendet
mäßig geringen Ammoniakmenge modifiziert ist. werden. Es hat sich gezeigt, daß richtig gewählte, als
Die Klasse der kristallinen Zeolithe, die allgemein Adsorptionsmitte! dienende zeolithische Molekularals
zeolithische Molekularsiebe bekannt ist, hat Ad- siebe saure Verunreinigungen aus Gasströmen zu
Sorptionseigenschaften, die für die Abtrennung einer 35 praktisch 100% zu entfernen vermögen, auch wenn
oder mehrerer Komponenten aus Gas- und Flüssig- diese Verunreinigungen nur in Spurenmengen, d. h.
keitsgemischen ausgenutzt werden können. Durch in Mengen von wenigen Raumteilen pro Million
Wahl des für die Zusammensetzung des jeweiligen Raumteile, vorhanden sind. Unter diesen Bedingungen
Flüssigkeits- oder Gasgemisches geeigneten Moleku- haben Molekularsiebe im allgemeinen ein verhältnislarsiebes
ist es möglich, einen Bestandteil des Ge- 40 mäßig geringes Aufnahmevermögen für die meisten
misches bevorzugt oder selektiv zu adsorbieren und dieser Verbindungen, so daß bei vielen Anwendungen
auf diese Weise seine Konzentration zu verringern oder sehr große Molekularsiebbetten erforderlich sind. Bei
diesen Bestandteil vollständig zu entfernen. Nach all- Verwendung von kleineren Betten ist es notwendig,
gemeiner Ansicht der Fachwelt liegt der Selektivität den Adsorptionsprozeß häufig zu unterbrechen und das
eines zeolithischen Molekularsiebes eine Reihe von 45 Molekularsieb zu regenerieren.
Faktoren zugrunde, zu denen die Molekülgröße der Die Erfindung stellt sich die allgemeine Aufgabe,
Bestandteile des Flüssigkeits- oder Gasgemisches im den Wirkungsgrad beliebiger, aus zeolithischen Mole-Verhältnis
zum effektiven Durchmesser der gleich- kularsieben bestehender Adsorptionsmittelbetten hinmäßigen
Poren des Zeoliths und auch die polare sichtlich der Entfernung von verunreinigenden sauren
Natur der zu adsorbierenden Moleküle gehören. Es ist 50 Verbindungen aus Gasströmen zu verbessern, indem
ferner bekannt, daß bei jedem zeolithischen Moleku- das Adsorptionsvermögen des Zeoliths für diese
larsieb das Adsorptionsvermögen und die Selektivität sauren Verbindungen gesteigert wird,
für ein gegebenes Adsorbat in gewissem Umfange Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß
modifiziert werden kann, indem die Art des Kations zeolithische Molekularsiebschichten, die vorher, wähverändert
wird, das normalerweise in der Zeolith- 55 rend der Zeolith sich im aktivierten Zustand befindet,
struktur vorhanden ist. Hierbei handelt es sich um die mit Ammoniak so behandelt worden sind, daß am
Kationen, die die Elektrovalenz der A104-Tetraeder Zeolith etwa 0,1 bis 10 Gewichtsprozent Ammoniak,
abgleichen, die in Verbindung mit SiO4-Tetraedern das bezogen auf das Trockengewicht des Zeoliths, adsorgrundlegende
dreidimensionale Raumnetz des Zeo- biert sind, kein verringertes Adsorptionsvermögen für
lithkristalls bilden. Im Falle des synthetisch her- 60 saure Gase haben, sondern eine bemerkenswerte
gestellten Molekularsiebs, das heute allgemein als Steigerung ihrer Fähigkkeit aufweisen, diese Verun-ZeolithA
bezeichnet wird (USA.-Patent 2 882 243), reinigungen aus Gasströmen, die sie über den gesamten
hat beispielsweise die Form, in der die Kationen möglichen Konzentrationsbereich der Verunreinigun-Natriumionen
sind, Porendurchmesser von etwa 4 A, gen, d. h. von praktisch 0 bis 100% enthalten, aber
während die Form, die durch Austausch der Natrium- 65 insbesondere aus Gasströmen, die weniger als etwa
ionen gegen Kalium- oder Calciumkationen gebildet 10% eines sauren Gases als Verunreinigung enthalten,
wird, Porendurchmesser von etwa 3 bis 5 A hat. zu extrahieren und zurückzuhalten.
In zahlreichen Fällen bevorzugt ein gegebenes zeo- Die Kristallstruktur und die chemische Zusammen-The invention relates to a method for selective animals and / or plants is detrimental.
Adsorption of acidic compounds from gases that contain these compounds to a certain extent, these problems have been solved by using an adsorbent layer consisting of zeolite molecules serving as adsorbent, and isocular sieves for adsorption and isocular sieves which are adsorbed by a ratio of the unwanted ingredients used moderately small amount of ammonia is modified. will. It has been shown that correctly chosen as the class of crystalline zeolites, the general adsorption center! Serving zeolitic molecular is known as zeolitic molecular sieves, Ad- siebe has acidic impurities from gas streams to sorption properties, which are capable of removing practically 100% for the separation of a 35, even if or several components from gas and liquid- these impurities only in trace amounts, ie can be exploited. Due to the choice of the composition of the respective room parts, available in quantities of a few room parts per million. Molecules suitable for liquid or gas mixtures under these conditions, molecular sieves generally have a relatively low capacity, it is possible to preferentially or selectively adsorb a constituent of the moderately low absorption capacity for most of the mixture and these compounds, so that in many applications in this way reduce its concentration or very large molecular sieve beds are required. Remove this component completely. After all the use of smaller beds, it is necessary, in the common opinion of experts, to frequently interrupt the adsorption process and that of a zeolitic molecular sieve to regenerate a number of molecular sieves because of the selectivity.
Factors based on which the molecular size of the The invention has the general task of components of the liquid or gas mixture in the efficiency of any zeolite molar ratio to the effective diameter of the equal sieve existing adsorbent pores of the zeolite and also the polar visibly include the removal of contaminating acidic nature of the molecules to be adsorbed. It is possible to improve compounds from gas streams by also knowing that for every zeolite molecule, the adsorption capacity of the zeolite for this larsie, the adsorption capacity and the selectivity of acidic compounds are increased,
to a certain extent for a given adsorbate. It has now surprisingly been found that modification can be made by having the nature of the cation zeolitic molecular sieve layers which is previously changed while the zeolite is normally in the activated state in the zeolite is. These are those that have been treated with ammonia in such a way that the cations that balance the electrovalence of the A10 4 tetrahedron zeolite about 0.1 to 10 percent by weight ammonia, those in connection with SiO 4 tetrahedra based on the dry weight of the zeolite, the three-dimensional network of the zeolite, which is the basic adsorber, does not form a reduced adsorptive capacity for the lith crystal. In the case of the synthetically produced acid gases, but rather a remarkable set molecular sieve, which today is generally known as an increase in their ability, this Verun-Zeolite A (USA. Patent 2,882,243), purifications from gas streams which they over the overall has, for example, the form in which the cations are possible concentration range of the impurity sodium ions, pore diameters of about 4 Å, ie from practically 0 to 100%, but while the form, which is obtained by exchanging the sodium 65 in particular from gas streams which will contain less than about 10% of an acidic gas as an impurity, ions formed against potassium or calcium cations, has pore diameters of about 3 to 5 Å. to extract and withhold.
In many cases a given zeo- The crystal structure and the chemical composition
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setzung des für die Zwecke der Erfindung geeigneten und Alkane und Alkene mit 1 bis 6 Kohlenstoff-Molekularsiebes ist nicht entscheidend wichtig. Es ist atomen oder ein Gemisch von 2 oder mehreren dieser lediglich erforderlich, daß die Poren des Molekular- Verbindungen.Setting of the suitable for the purposes of the invention and alkanes and alkenes with 1 to 6 carbon molecular sieves is not critically important. It is atoms or a mixture of two or more of these only required that the pores of the molecular compounds.
Siebes so groß sind, daß Ammoniak und die Moleküle Es ist nicht entscheidend wichtig, wie die Zeolithe der zu entfernenden sauren Gase adsorbiert werden, S mit Ammoniak vorbeladen werden. Zweckmäßig wird d. h., das Molekül des sauren Gases oder Ammoniak hierzu Ammoniak allein oder in Kombination mit dürfen aus den inneren Hohlräumen der Zsolith- einem Inertgas wie Wasserstoff oder Stickstoff über struktur nicht ausgeschlossen werden. Obwohl die den Zeolith geleitet, der aktiviert worden ist, indem Porengröße eines gegebenen Zeoliths geringen Schwan- eine wesentliche Menge, vorzugsweise praktisch die kungen in Abhängigkeit von gewissen Faktoren, z. B. io Gesamtmenge des Wassers, das in den inneren Hohlvon der Temperatur, unterliegt und die maximale Di- räumen des Zeoliths vorhanden ist, wenn der Zeolith mension des kleinsten projizierten Querschnitts eines aus einem wäßrigen Reaktionsgemisch oder 'Gel Moleküls ebenso durch den Energiezustand des kristallisiert worden ist, durch Erhitzen entfernt wird. Moleküls beeinflußt wird, genügt es im Rahmen der . Unter diesen Bedingungen adsorbieren nicht alle zeo-Erfindung, einen Porendurcbmesser der zeolithischen 15 Iithischen Molekularsiebe die gleiche Ammoniak-Molekularsiebe von wenigstens 3 A als Voraus- menge in einer gegebenen Zeit, jedoch lassen sich die setzung anzusehen. optimalen Bedingungen für die Beladung jedes ge-Sieves are so big that ammonia and the molecules It is not critically important, like the zeolites the acidic gases to be removed are adsorbed, S are preloaded with ammonia. Will be expedient d. That is, the acid gas or ammonia molecule does this alone or in combination with ammonia are allowed to pass an inert gas such as hydrogen or nitrogen from the inner cavities of the Zsolith structure cannot be ruled out. Although that passed the zeolite that has been activated by Pore size of a given zeolite small Schwan a substantial amount, preferably practically that changes depending on certain factors, e.g. B. io total amount of water in the inner hollow of the temperature, and the maximum di- space of the zeolite is present when the zeolite dimension of the smallest projected cross section of an aqueous reaction mixture or gel Molecule in the same way that has been crystallized by the energy state of it is removed by heating. Molecule is affected, it is sufficient within the framework of the. Not all zeo inventions adsorb under these conditions, a pore diameter of the zeolitic molecular sieves the same ammonia molecular sieves of at least 3 A as a pre-amount in a given time, but the to view settlement. optimal conditions for loading every
3 054 657). 35 Gas über das Bett strömen läßt. Während der Adsorp-3 054 657). 35 lets gas flow over the bed. During the adsorp-
jeweils die Zusammensetzung und das Herstellung- ratur des Molekularsiebbetts nicht wesentlich. Diesein each case the composition and the production temperature of the molecular sieve bed are not essential. This
verfahren für die obengenannten Zeolithe beschrieben. Temperatur kann zwischen etwa —50 und 100°Cprocess described for the above zeolites. Temperature can be between about -50 and 100 ° C
lieh in Abhängigkeit von der Art der in der Kristall- 3»borrowed depending on the type of crystal 3 »
struktur vorhandenen Kationen variieren. In gewissen Beispiel 1
Fällen, beispielsweise bei einem Austausch der in derstructure existing cations vary. In certain example 1
Cases, for example when replacing the
ursprünglich hergestellten Form von Zeolith A vor- Zwei Proben von granulierten kristallinen Moleku-originally produced form of zeolite A before- Two samples of granulated crystalline molecules
handenen Natriumkationen gegen mehr als 50°/0 larsieben, die durch Erhitzen auf 35O0C unter ver-existing sodium cations against more than 50 ° / 0 lar-sieve, which by heating to 35O 0 C under
einem solchen Maße verkleinert, daß die Adsorption einzelne Kolonnen gefüllt. Die eine Probe bestand ausreduced to such an extent that the adsorption filled individual columns. One sample consisted of
eines sauren Gases wie CO, teilweise begrenzt wird. der Calciumform von Zeolith A und hatte einen effek-an acidic gas such as CO, is partially limited. the calcium form of zeolite A and had an effective
größerung der effektiven Porengröße über die Poren- 40 einem effektiven Porendurchmesser von etwa 8 bisincrease the effective pore size over the pore 40 an effective pore diameter of about 8 to
größe der Natriumkationenform des Zeoliths hinaus 9 A bestand. Durch die beiden Kolonnen wurdeThe size of the sodium cation form of the zeolite was 9 Å. Through the two columns was
zur Folge. Demgemäß ist es nicht nur notwendig, trockener Stickstoff, der 2 Volumprozent Ammoniakresult. Accordingly, it is not only necessary to use dry nitrogen, which is 2 percent by volume ammonia
einen gegebenen Zeolith für das Verfahren gemäß der enthielt, bei 288°C uud einem Druck von 4,9 kg/cm*a given zeolite for the process according to which contained, at 288 ° C and a pressure of 4.9 kg / cm *
weilige Kationenform zu berücksichtigen. 45 Fall die Gleichgewichtsbeladung mit Ammoniak er-particular cation form to be taken into account. 45 If the equilibrium loading with ammonia
Natürliche Zeolithe, z. B. Chabasit, Erionit, Gmelinit, reicht war. Es wurde festgestellt, daß die Probe von
Mordenit, Clinoptilolit und Faujasit können ebenfalls Calcium-Zeolith A mit 2,1 Gewichtsprozent Amvorteilhaft
verwendet werden. Andere Zeolithe, die moniak beladen war und die Probe von Natriumnicht
zum Typ der dreidimensionalen kristallinen Zeolith X etwa 1,1 Gewichtsprozent adsorbiertes Am-Molekularsiebe
gehören, z. B. die Permutite, die ge- 5° moniak enthielt,
wohnlich als Wasserenthärtungsmittel verwendet werden, sind ungeeignet. Beispiel 2Natural zeolites, e.g. B. Chabazite, Erionite, Gmelinite, was enough. It has been found that the sample of mordenite, clinoptilolite and faujasite can also advantageously be used with calcium zeolite A at 2.1% by weight. Other zeolites which were loaded with monia and the sample of sodium did not belong to the type of three-dimensional crystalline zeolite X about 1.1% by weight adsorbed Am molecular sieves, e.g. B. the permutites, which contained monia,
used as water softeners are unsuitable. Example 2
Zu den sauren Verbindungen, die als Verunreinigungen aus Gasen gemäß der Erfindung zu entfernen Um das Adsorptionsvermögen der Zeolithproben sind, gehören Kohlendioxyd, Schwefelwasserstoff, 55 mit und ohne adsorbiertes Ammoniak zu vergleichen, Schwefelkohlenstoff und Alkylthiole der Formel RSH, wurden zwei weitere Proben des gleichen Calciumin der der Alkylrest R 1 bis 5 Kohlenstoffatome ent- Zeoliths A und des gleichen Natrium-Zeoliths X wie hält. Eine oder mehrere dieser Verbindungen, die im Beispiel 1 unter den gleichen Bedingungen wie im sämtlich einen sauren Charakter gegenüber Am- Beispiel 1 aktiviert (dehydratisiert) und in die gleichen moniak haben, sind übliche Verunreinigungen in 60 Kolonnen gefüllt, in denen die im Beispiel 1 genannten Gasen, die bei der Alkylierung von Erdölkohlen- Proben mit Ammoniak vorbeladen wurden. Durch Wasserstoffen, bei der Krackung, bei der Herstellung jede Kolonne wurde Luft, die 300 Raumteile CO, und von verflüssigtem Erdölgas, bei der Ammoniak- 1200 Raumteile H1O pro Million Raumteile enthielt, synthese, bei der Luftverflüssigung und -zerlegung, bei in einer Menge von 70,8 l/Min, unter einem Druck von der Erdgasverflüssigung u. dgl. verwendet werden. 65 2,5 kg/cm* bei einer Temperatur von 24° C geleitet, Diese Gase, die die vorstehend genannten sauren gas- bis die Gleichgewichtsbeladung der Schichten erreicht förmigen Verunreinigungen enthalten, enthalten wenig- war. Der Durchbruch und die Werte der COj-Adsorpstens eine der Verbindungen Stickstoff, Wasserstoff tion sind in der folgenden Tabelle angegeben.To the acidic compounds, which are to be removed as impurities from gases according to the invention. To compare the adsorptive capacity of the zeolite samples, carbon dioxide, hydrogen sulfide, 55 with and without adsorbed ammonia, carbon disulfide and alkylthiols of the formula RSH, were two other samples of the same calciumin which holds the alkyl radical R 1 to 5 carbon atoms ent- zeolite A and the same sodium zeolite X as. One or more of these compounds, which are activated (dehydrated) in Example 1 under the same conditions as in all of an acidic character compared to Am- Example 1 and in the same monia, are common impurities in 60 columns, in which the in Example 1 named gases that were preloaded with ammonia during the alkylation of petroleum coal samples. Through hydrogen, during cracking, during the manufacture of each column, air, which contained 300 parts by volume of CO, and of liquefied petroleum gas, which contained 1200 parts by volume of ammonia H 1 O per million parts by volume, was synthesized, during air liquefaction and separation, at in an amount of 70.8 l / min, under pressure from natural gas liquefaction, and the like. 65 2.5 kg / cm. The breakthrough and the values of the COj adsorbents one of the compounds nitrogen, hydrogen tion are given in the following table.
Durch
brachto the
Through
broke
Nr.sample
No.
niakAmmo
niak
mit CO1 loading
with CO 1
Wie die Werte in der vorstehenden Tabelle zeigen, war das Aufnahmevermögen des mit .Ammoniak vorbeladenen Zeoliths für CO1 in jedem Fall sehr stark erhöht.As the values in the table above show, the capacity of the zeolite preloaded with ammonia for CO 1 was very greatly increased in each case.
Um zu veranschaulichen, daß mit Ammoniak vorbeladene Zeolithe, die adsorbiertes CO1 enthalten, vollständig regeneriert werden können, wurde durch die mit Ammoniak und CO1 beladene Probe »c« von Beispiel 2 Stickstoff bei 2600C in der gleichen Richtung wie die CO1 und H1O enthaltende Luft geleitet. Nachdem das Ammoniak und das CO1 vollständig ausgetrieben waren, wurde durch die Probe erneut die gleiche CO1 und H1O enthaltende Luft wie im Beispiel 2 geleitet. Das Aufnahmevermögen für CO1 war fast das gleiche wie bei der Probe »dt von Beispiel 2.In order to illustrate that zeolites preloaded with ammonia and containing adsorbed CO 1 can be completely regenerated, sample "c" from Example 2 loaded with ammonia and CO 1 nitrogen at 260 ° C. in the same direction as the CO 1 and air containing H 1 O. After the ammonia and the CO 1 had been driven off completely, the same air containing CO 1 and H 1 O as in Example 2 was again passed through the sample. The absorption capacity for CO 1 was almost the same as that of the sample from Example 2.
Zwei Proben von Natrium-Zeolith X wurden aktiviert, indem sie während der gleichen Zeit unter vermindertem Druck auf 3500C erhitzt wurden. Nach der Aktivierung wog jede Probe 39,8 g. Eine Probe wurde mit 0,37 g Ammoniak vorbeladen. Durch beide Proben wurde Stickstoff, der Carbonylsulfid (COS) enthielt, 24 Stunden bei 25° C unter einem Druck von 8,1 kg/cm1 unter statischen Bedingungen geleitet.· Nach Ablauf der 24 Stunden betrug die COS-Dämpfekonzentraiion im Stickstoff über der mit Ammoniak vorbeladenen Probe 13 .Raumteile pro Million, während im Falle der Vergleichsprobe die COS-Konzentration im Stickstoff 171 Raumteile pro Million betrug.Two samples of sodium zeolite X were activated by heating them to 350 ° C. under reduced pressure for the same time. After activation, each sample weighed 39.8 g. A sample was preloaded with 0.37 g of ammonia. Nitrogen containing carbonyl sulfide (COS) was passed through both samples for 24 hours at 25 ° C. under a pressure of 8.1 kg / cm 1 under static conditions sample preloaded with ammonia was 13 parts per million, while in the case of the comparative sample the COS concentration in nitrogen was 171 parts per million.
Durch zwei Adsorptionsmittelschichten von in gleicher Weise aktiviertem Zeolith L, der in einemBy two layers of adsorbent of the same activated zeolite L, which in one
ίο Fall mit 6 Gewichtsprozent Ammoniak vorbeladen und im anderen Fall nicht mit Ammoniak vorbeladen worden war, wurde ein Gasgemisch bei 500C und 7 kg/cm* geleitet. Das Gasgemisch bestand aus gleichen Raumteilen Äthylen, Propylen, Athan undpreloaded ίο case with 6 weight percent ammonia and had not been pre-loaded in the other case with ammonia, a gas mixture at 50 0 C and 7 kg / cm * was passed. The gas mixture consisted of equal parts of the volume ethylene, propylene, and ethane
Propan und enthielt als Verunreinigungen je 10 Raumteile HtS, CS1 und Metbylmercaptan pro Million Raumteile. Es zeigte sich, daß die Zeit bis zum Durchbruch der Verunreinigungen (die erste durchgebrochene Verunreinigung war CS1) bei dem mit Am-Propane and contained 10 parts by volume of H t S, CS 1 and methyl mercaptan per million parts by volume as impurities. It was found that the time to breakthrough of the impurities (the first impurity to break through was CS 1 ) in the case of the Am-
ao moniak vorbeladenen Zeolithbett 50 ·/„ länger war als bei dem nicht mit Ammoniak vorbeladenen Zeolith. In diesem Beispiel bestand eine der Verunreinigungen aus einem Alkylmercaptan, dessen Molekülgröße ein Molekularsieb einer Porengröße von wenigstensao moniak preloaded zeolite bed was 50 · / “longer than in the case of the zeolite that is not preloaded with ammonia. In this example, one of the impurities existed from an alkyl mercaptan, the molecular size of which is a molecular sieve with a pore size of at least
as etwa 4 A erfordert. Zwar können die meisten sauren Verunreinigungen mit einem zeolithischen Molekularsieb einer Porengröße von wenigstens 3 A adsorbiert werden, jedoch können größere Poren den Vorteil höherer Adsorptionsgeschwindigkeiten haben. Wennas requires about 4 A. Most can be acidic Impurities adsorbed with a zeolitic molecular sieve with a pore size of at least 3 Å however, larger pores can have the advantage of higher adsorption rates. When
das Alkylmercaptan eine verzweigte Verbindung ist, müssen die Poren größer als etwa 6 A sein.If the alkyl mercaptan is a branched compound, the pores must be larger than about 6 Å.
gleicher Weise aktiviertem Zeolith L, der in einem Fallsimilarly activated zeolite L, which in one case
mit 6 Gewichtsprozent Ammoniak vorbeladen wordenhas been preloaded with 6 percent by weight ammonia
war und im anderen Fall kein Ammoniak enthielt, wurde ein Gasgemisch bei 5O0C und 7 kg/cm* geleitetwas contained, and in the other case no ammonia, a gas mixture at 5O 0 C and 7 kg / cm passed *
unreinigungen je etwa 20 ppm NO1 und SO1 enthielt.impurities each contained about 20 ppm NO 1 and SO 1 .
war die Zeit bis zum Durchbruch der Verunreinigungen 50% langer.the time to breakthrough of the impurities was 50% longer.
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